Các thiết bị chiếu sáng, điều hòa thông gió [HVAC], bình nước nóng và các thiết bị gia dụng đều tiêu thụ năng lượng hoặc là điện năng, là nhiên liệu. Đây là những thiết bị có vai trò quan trọng, cần phải được thừa nhận một cách hợp lý và tối ưu hóa để đạt được một thiết kế công trình có hiệu quả cao; đồng thời đây cũng là các dữ liệu đầu vào vô cùng quan trọng đối với phương pháp mô phỏng phân tích năng lượng toàn bộ công trình.
Các phụ tải thiết bị điện, chiếu sáng, ổ cắm mô tả dưới đây được xác định tùy theo mục đích sử dụng của tòa nhà, cư dân và kế hoạch vận hành. Nói một cách ngắn gọn là đặc thù vận hành công trình.
Phụ tải chiếu sáng
Với cùng công suất ánh sáng quan sát được nhưng đèn sợ đốt phát ra nhiều nhiệt hơn [ánh sáng hồng ngoại], gây ra phụ tải làm mát và chiếu sáng cao hơn so với bóng đèn huỳnh quang
Phụ tải chiếu sáng là năng lượng được sử dụng để cung cấp cho việc chiếu sáng bằng điện; nó chiếm gần 1/3 nguồn năng lượng sử dụng trong các tòa nhà thương mại tại Mỹ, và thông thường từ 10 – 15% trong các tòa nhà dân cư. Phụ tải trong một công trình thường được nhắc tới với thuật ngữ “Mật độ công suất chiếu sáng”, được đo bằng đơn vị Watt/ m2 [hoặc foot vuông]. Phụ tải chiếu sáng
Khi quyết định lựa chọn loại sản phẩm chiếu sáng để đưa vào sử dụng, hãy xem hiệu suất [hay hiệu quả chiếu sáng của sản phẩm]. Nguồn sáng có hiệu suất càng cao thì các thiết bị không chỉ giảm phụ tải chiếu sáng mà còn giảm phủ tải làm mát nhưng vẫn mang lại độ sáng quan sát tương đương.
Phụ tải ổ cắm
Phụ tải ổ cắm là điện năng được sử dụng cho các thiết bị khác như máy tính và đồ gia dụng; chúng chiếm tới 20 – 30% phụ tải điện trong các tòa nhà thương mại và 15 – 20% năng lượng gia đình mặc dù các con số này đang ngày càng gia tăng do các thiết bị điện từ phát triển một cách tràn lan.
Phụ tải thiết bị điện đôi khi bao gồm cả “Mật độ công suất thiết bị” [EPD] và đôi khi chúng lại được tách riêng. Khi thực hiện phân tích công trình, điều quan trọng là nắm được các giá trị đầu vào.
Phụ tải ổ cắm cho một số thiết bị
Phụ tải thiết bị
Các thiết bị như hệ thống điều hòa thông gió – HVAC và bình nước nóng chính là các phụ tải chính khác bên trong công trình. Nó được tách riêng với phụ tải ổ cắm và được gắn với thuật ngữ “Mật độ công suất thiết bị” được đo bằng đơn vị Watts/m2 hay W/ft2.
Khi quyết định lựa chọn thiết bị sử dụng, cần xem xét bảng đánh giá định lượng của một bên thứ ba hoặc công suất tối đa thể hiện trong bảng hướng dẫn/ thông số kỹ thuật của thiết bị [thường thì không có các thông số về công suất sử dụng trung bình vì nó thay đổi tùy theo tình hình sử dụng].
Ví dụ về phụ tải bên trong các không gian khác nhau
Lưu ý rằng thông tin này có thể thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào thiết kế và mục đích sử dụng không gian. Sử dụng chính xác và rõ ràng các giá trị dự kiến khi có.
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 1 CÁC DỮ LIỆU TÍNH ĐƯỢC TỪ THÔNG TIN BAN ĐẦU Số trên Tên phân xưởng Công suất đặt Diện tích mặt [KW] [m2] bằng 1 Ban quản lý và phòng thiết 80 475 kế 2 Phân xưởng cơ khí số 1 3500 612,5 3 Phân xưởng cơ khí số 2 3200 531,25 4 Phân xưởng luyện kim 1800 525 màu 5 Phân xưởng luyện kim đen 2500 900 6 Phân xưởng sửa chữa cơ 750 2100 khí 7 Phân xưởng rèn 2100 650 8 Phân xưởng nhiệt luyện 3500 731,25 9 Bộ phận nén...
Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện
Phụ tải tính toán được sử dụng để chọn lựa và kiểm tra các thiết bị trong HTĐ
như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ tính toán tổn thất công
suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng bù công suất phản
kháng Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: công suất,số lượng các
máy,chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành
của công nhân. Vì vậy xác định phụ tải tính toán là nhiệm vụ khó khăn nhưng rất
quan trọng.Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm
giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khi dẫn đến cháy nổ rất nguy hiểm. Nếu phụ tải
tính toán lớn hơn phụ tải thực tế quá nhiều thì các thiết bị điện[đóng ngắt,máy biến
áp], và tiết diện dây dẫn sẽ phải làm lớn hơn so với yêu cầu do đó làm gia tăng
vốn đầu tư, gây lãng phí.
*
Các phương pháp xác định phụ tải tính toán
Tùy thuộc thông tin thu nhận được của từng loại phụ tải mà có thể áp dụng
những phương pháp sau :
-
Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu và công suất đặt
Phương pháp tính theo hệ số cực đại và công suất trung bình
Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm
Phương pháp tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất
Dựa vào dữ liệu cho sẵn ,ta phải xác định phụ tải tính toán theo hệ số nhu
cầu và công suất đặt .
-
Công thức xác định phụ tải động lực theo hệ số nhu cầu và công suất đặt được
thể hiện như sau [theo sách Giáo trình cung cấp điện của TS.Ngô Hồng
Quang trang 28 ] :
Phụ tải động lực xác định theo hệ số nhu cầu knc và công suất đặt Pđ :
Pdl = knc×Pđ [kW]
Qdl = Pdl × tanφ [kVar]
Phụ tải chiếu sáng xác định theo suất chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích
P0 , lấy P0 = 15[W/m2] :
Pcs = P0 × D [kW]
Page 7
Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện
Vì dùng đèn sợi đốt để chiếu sáng nên: Qcs = 0 [kVar]
- Phụ tải tính toán cho phân xưởng:
Ppx = Pdl + Pcs [kW]
Qpx = Qdl + Qcs [kVar]
Spx = [kVA]
Itt = [A]
Trong đó:
Ppx: Công suất tác dụng tính toán cho phân xưởng [kW]
Qpx: Công suất phản kháng tính toán cho phân xưởng[kVar]
knc: Hệ số nhu cầu;
Pđ: Công suất đặt [KW]
D: Diện tích phân xưởng ; D = a×b [m2]
Itt : Dòng điện tính toán trên đường dây truyền tải. [A]
1.1.Xác định phụ tải của từng phân xưởng và phụ tải
- Phân xưởng điện phân
Phụ tải động lực :
Theo số liệu 1.1 ,ta có :
Tổng công suất đặt là : Pđ1 = 300 kW
Hệ số nhu cầu : knc1 = 0,57; hệ số công suất : cos [ҩ1] = 0,65 tan[ ҩ1] = 1,17
Công suất tính toán của phân xưởng : Pđl1 = knc1 Pđ1 = 0,57 300 =171 [kW]
Qđl1= Pđl1 tan[ ҩ1] = 171 1,17 = 200 [kVar]
Page 8
Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện
Phụ tải chiếu sáng :
Để đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho công nhân ,ta chọn bóng đèn sợi đốt cho
các phân xưởng máy.Còn với các phân xưởng như kho nhiên liệu, nhà ăn,nhà điều
hành,thì ta sẽ dùng bóng dèn tuýp
Bóng đèn sợi đốt : cosҩ =1 ; tan = 0 Qcs = 0 Mvar
Bóng tuýp :
cosҩ =0,8 ; tan = 0,75 Qcs 0 Mvar
Như vậy bóng đèn sợi đốt sẽ được dùng cho xưởng điện phân
Diện tích cần được chiếu sáng : D = a b = [70 26,5]x5 = 9275 m2 , khi lấy
P0= 15 [W/m2] ta có : Pcs1= 15 9275 = 139 [kW]
Qcs1 = 0 [kVar]
Phụ tải tính toán của phân xưởng này
Công suất tác dụng tính toán cho phân xưởng này :
Ppx1 = Pđl1 + Pcs1= 171+ 139 = 310 [kW]
Công suất phản kháng tính toán cho phân xưởng này :
Qpx1 = Qđl1 + Qcs1 =200 [kVar]
Công suất biểu kiến tính toán cho phân xưởng này:
Spx1= = = 369 kVa
1.2 Xác định phụ tải của các phân xưởng khác
Tính toán tương tự cho các phân xưởng còn lại ,trừ các phân xưởng có số thứ tự
11,12,14,15 ở bảng dưới đây ,do ta thay bóng sợi đốt bằng bóng tuýp nên
Qcs = Pcs 0,75 , kết quả ta có được :
Bảng 2.Phụ tải tính toán của các phân xưởng
Page 9
Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện
T
T
Tên phân
xưởng
1
Phân xưởng điện
phân
300
2
Phân xưởng Rơn gen
800
3
550
4
Phân xưởng đúc
Phân xưởng oxyt
nhôm
5
Khí nén
250
6
Máy bơm
300
7
800
9
Phân xưởng đúc
Phân xưởng cơ khí rèn
Xem dữ liệu phân
xưởng
10
Lò hơi
800
11
10
12
Kho nhiên liệu
Kho vật liệu vôi
clorua
300
13
Xưởng năng lượng
800
14
Nhà ăn,nhà điều hành
550
0.5
7
0.6
2
0.4
3
0.4
4
0.5
4
0.5
2
0.4
1
0.4
3
0.4
3
0.4
3
0.5
7
0.6
2
0.4
3
0.4
4
15
Garage Ôtô
25
0.5
8
Tổng
Pđ
370
550
550
Kn cos ta
Qc
ҩ n ҩ Pđl Qđl Pcs s
c
0.6
5
0.5
5
0.7
6
0.6
4
0.5
3
0.6
2
0.6
8
0.5
6
0.5
6
0.7
8
0.8
0.6
7
0.7
2
0.8
7
0.8
2
1.1
7
1.5
2
0.8
6
0
0
54
1.5
6
0
382
0
238.06
0
244.3
0
1.1
362.15
12.787
5
193.08
8
0
357.5
137
7.8
18.
2
7.0
9
7.0
9
13.
5
20.
3
3
262.25
8.7
3
12.
8
1.9
25.325
496
753
237
202
1.2
163
195
1.6
1.2
7
1.0
8
1.4
8
1.4
8
135
216
156
197
328
354
237
177
237
350
0.8
0.7
5
1.1
1
0.9
6
0.5
7
344
5.7
276
4.2
8
186
206
344
332
242
12.
5
0.7
695
5
0
0
0
0
1.1
Rộng
368.98
921.97
9
70
26.5
9275
18
26.5
2385
330.46
265.50
5
258.32
7
255.81
7
520.58
1
12.5
26.5
1656.25
8.5
26.5
1126.25
10.5
8.5
446.25
10.5
8.5
446.25
40
18
3600
13
8
520
13
8
520
22
11
1210
5.345
207.1
6
331.5
7
140.1
9
296.9
426.73
8
455.32
4
13.859
6
283.19
1
487.58
8
297.36
8
10.5
9
472.5
10.5
9
472.5
10
18
900
30
9
1350
10.65
5
27.475
2
19
9
3616.
1
5210.0
9
199.9
2
753.1
7
202.2
5
195.4
6
139
35.
8
24.
8
16.
9
6.6
9
6.6
9
200
Dài
Diện
tích
Qpx
310.12
5
531.77
5
261.34
4
179.69
4
141.69
4
162.69
4
171
Spx
Ppx
3664.7
9
216
197.4
2
353.6
7
177.4
349.8
9
275.9
8
1.3 Tính toán bù hệ số công suất .
Việc đặt bù có lợi về mặt giảm tổn thất điện áp , điện năng , cho đối tượng
dung điện là đặt phân tán các bộ tụ bù cho từng động cơ . Tuy nhiên nếu đặt
Page 10
855
Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện
phân tán quá sẽ không có lợi về vốn đầu tư , về quản lý vận hành . Cho nên việc
bố trí đặt tụ bù ở đâu là 1 bài toán cần xem xét kĩ .
1.
Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất
Mức độ tiêu thụ công suất phản kháng được đánh giá bởi hệ số công suất, xác
định bởi tỷ số giữa công suất tác dụng [P] và công suất biểu kiến [S]: cosϕ=P/S.
cos ϕ =
P
P
=
S
3UI
Để thuận tiện cho việc phân tích và tính toán, đôi khi người ta thường dùng khái
niệm hệ số công suất phản kháng [tgϕ] thay cho hệ số công suất [cosϕ], đó là tỷ lệ
giữa công suất phản kháng và công suất tác dụng: tgϕ = Q/P. Tuy nhiên hệ số tgϕ chỉ
áp dụng trong các bước tính trung gian, kết quả cuối cùng lại được trả về hệ số cosϕ
tương ứng.
Khi cosϕ của thiết bị điện càng lớn, tức là mức độ tiêu thụ công suất phản
kháng càng bé, vì vậy làm cho mức độ yêu cầu về Q từ lưới ít, nó góp phần cải
thiện chế độ làm việc của lưới. Hệ số cosϕ của các hộ tiêu thụ lại phụ thuộc vào
chế độ làm việc của các phụ tải điện.
Khi hệ số cosϕ thấp sẽ dẫn đến sự tăng công suất phản kháng, sự truyền tải
công suất phản kháng trong mạng điện làm giảm sút các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật của mạng điện.
2. Biện pháp nâng cao hệ số công suất
Nâng cao hệ số công suất cosϕ tự nhiên: là tìm các biện pháp để các hộ tiêu thụ
điện giảm bớt được lượng công suất phản kháng tiêu thụ như: hợp lý hoá các quá
trình sản xuất, giảm thời gian chạy không tải của các động cơ, thay thế các động cơ
thường xuyên làm việc non tải bằng các động cơ có công suất hợp lý hơn, ... Nâng
cao hệ số công suất cosϕ tự nhiên rất có lợi vì đưa lại hiệu quả kinh tế lâu dài mà
không phải đặt thêm thiết bị bù.
Nâng cao hệ số công suất cosϕ bằng biện pháp bù công suất phản kháng.
Thực chất là đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu dùng điện để cung cấp công
Page 11
Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện
suất phản kháng theo yêu cầu của chúng, nhờ vậy sẽ giảm được lượng công suất
phản kháng phải truyền tải trên đường dây theo yêu cầu của chúng
a. Xác định dung lượng bù cần thiết :
Tính toán bù cho phân xưởng đại diện
Tính toán bù cho phân xưởng điện phân
+Hệ số công suất thực của nhà máy là :
cos φ = Ptt / Stt = 3664,8/5210,1 = 0,703
Yêu cầu hệ số công suất cần nâng lên là cosφ2 = 0,9 .
Nên tg φ2 =
1 0,9 2
= 0,484
0,9
.
Có : cos φ1 = 0,65 . Nên tg φ1 = 1,17
Do đó dung lượng bù cần thiết là
Qb = P . [tg φ1 - tg φ2 ] =310.[ 1,17 0,484 ] = 212,66 kVAr
3. Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng
TT
Tên phân xưởng
Pđ
Knc
cos ҩ
tan ҩ
Page 12
Ppx
Qtb
Qb
Qsb
Spx
Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện
1
Phân xưởng điện phân
300
0.57
0.65
1.17
2
Phân xưởng Rơn gen
800
0.62
0.55
1.52
3
Phân xưởng đúc
550
0.43
0.76
1.86
4
Phân xưởng oxyt
nhôm
370
0.4
0.6
1.2
5
Khí nén
250
0.5
0.5
1.6
6
Máy bơm
300
0.5
0.6
1.27
7
Phân xưởng đúc
800
0.4
0.7
1.08
8
550
0.4
0.6
1.48
9
Phân xưởng cơ khí rèn
Xem dữ liệu phân
xưởng
550
0.4
0.6
1.48
10
Lò hơi
800
0.4
0.8
0.8
11
Kho nhiên liệu
10
0.6
0.8
0.75
12
Kho vật liệu vôi
clorua
300
0.6
0.7
1.11
13
Xưởng năng lượng
800
0.4
0.7
0.96
14
15
Nhà ăn,nhà điều hành
550
0.4
0.9
Garage Ôtô
25
0.5
0.8
300.65
200.07
800.55
753.92
550.76
439.89
370.6
177.6
206.245
9
829.369
8
757.845
8
265.349
6
250.5
200
279.558
300.6
190.5
800.7
141.693
8
345.6
325.6
236.271
6
477.217
2
141.127
550.6
325.6
800.8
256
548.397
6
253.052
8
10.8
4.5
2.8728
-6.1759
300.7134
-75.4498
804.0976
-317.956
635.95
-87.7496
380.8469
-79.558
262.8302
-45.7716
304.0648
-131.617
811.4454
184.473
232.61
-222.798
593.969
2.9472
800.8054
1.6272
10.92189
11.5618
300.9222
-73.9332
804.1061
300.7
199.8
800.7
307.2
188.238
2
381.133
2
0.57
550.9
125.4
47.3774
78.0226
556.3976
0.7
25.8
8.75
5.5728
3.1772
25.9949
3664.78
5
3860.43
281.809
3675.604
Tổng
1.4 .Tổng hợp phụ tải của toàn nhà máy, xây dựng biểu diễn biểu đồ
phụ tải trên mặt bằng nhà máy dưới dạng hình tròn bán kính r
1.4.1.Tổng hợp phụ tải tính toán cho toàn xí nghiệp
Các công thức tính phụ tải tính toán của toàn xí nghiệp[theo trang 36 -Giáo trình
Cung cấp điện của TS.Ngô Hồng Quang] như sau:
Page 13
Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện
Công suất tác dụng tính toán toàn xí nghiệp:
PXN=Kđt .
Công suất phản kháng tính toán toàn xí nghiệp :
QXN=Kđt .
Hệ số công suất của toàn xí nghiệp :
Cos ҩXN =
Với: Kđt=0,9 là hệ số đồng thời của xí nghiệp ,n là số lượng phân xưởng.
Vậy từ bảng trên ta có:
PXN=0.9×[3664,8]=3298,32 [kW]
Phụ tải phản kháng tổng hợp toàn nhà máy
QXN= 0.9×[281,809]=253,63 [kVar]
Phụ tải toàn nhà máy : SXN =
= 3308,05 [KVA]
Hệ số công suất của toàn xí nghiệp sau khi bù là :
Cos ҩXN = = = 0.9
1.4.2. Xây dựng biểu diễn biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp dưới dạng
đường tròn bán kính r.
Biểu đồ phụ tải là một hình tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với tâm hình
học của phân xưởng, có diện tích tương ứng với công suất tính toán của phân xưởng
theo tỉ lệ xích nhất định tùy ý. Biểu đồ phụ tải cho phép người thiết kế hình dung
được sự phân bố phụ tải trong phạm vi khu vực cần thiết kế, từ đó có cơ sở để lập
các phương án cung cấp điện. Biểu đồ phụ tải được chia thành 2 phần:
Page 14
Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện
-
Phụ tải động lực: phần hình quạt có màu.
Phụ tải chiếu sáng: phần hình quạt không màu.
Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, ta coi phụ tải của các phân
xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể lấy trùng với
tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng. Từ trang 37 - Giáo trình Cung cấp
điện của TS.Ngô Hồng Quang ,ta có các công thức sau :
Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i :
Ri =
Trong đó :
m là tỉ lệ xích, ở đây chọn m = 5[KVA/m2]
Ri bán kính của vònh tròn phụ tải từng phân xưởng [mm]
Spxi phụ tải tính toán của từng phân xưởng [kVar]
Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ được xác định theo công thức :
αcs = [độ]
Scs,Stt Công suất của phụ tải chiếu sáng và phụ tải tính toán
Kết quả tính toán Ri và αcsi của biểu đồ phụ tải các phân xưởng được ghi trong bảng
sau :
Bảng 3.Thông số biểu đồ phụ tải của các phân xưởng
TT
Tên phân xưởng
Pcs
Ppx
Page 15
Spx
Tâm X
Tâm Y
R
αcs